圆球车削公差控制与刀补运用

摘要：车削圆球时，刀具 R 的正确性，对刀的精确度，机床运动精度都将影响球面的几何精度。为了较好地控制球的圆度，在半精加工时，即未加工到最终尺寸时，应测量球的圆度，以便调整。这就要求加工余量均匀，刀具轨迹为同心圆，阐述了对车削圆球时公差控制、刀补应用提出几种方法。

加工图 1 所示零件时，由于 R0.4 较小，无法使用 R 车刀一刀车出球面，须使用左右偏刀分两刀接出球面。加工该球面用右偏刀时刀尖方位为 3 ，用左偏刀时刀尖方位为 4 。加工余量可由编程留，也可由刀补 X 、 Z 方向留。刀具 R 的正确性，对刀的精确度，机床运动精度都将影响球面的几何精度。为了较好地控制球的圆度，在半精加工时，即未加工到最终尺寸时，应测量球的圆度，以便调整。这就要求加工余量均匀，刀具轨迹为同心圆。下面就几种放余量的方法进行讨论。

 
　　 图 1 零件简图

1 编程放余量法

编程放余量能正确得到同心圆。通过测量与最终圆同心的圆，判别球的圆度，及时调整左右偏刀的相对位置。使用这种方法放余量，每个不同的同心圆就要编一个程序，对于机床操作来说，不太方便。

2 刀补法

像铣床一样通过刀补来调整加工余量。这时要特别注意，当刀尖方位不为 0 及 9 时，改变刀补值 R 时，实际得到的并不是一系列同心圆，也就无法通过测量有余量的同心圆圆度。只有当刀尖方位设为 0 或 9 时，改变刀补 R 的大小，车刀实际的轨迹为同心圆，我们可以测量一系列的同心圆。通过调整两把刀的位置，编程轨迹来调整最终零件的尺寸及圆度。

如图 2(a) ，当刀尖方位为 3 时，假想刀尖如图，对刀时 X 、 Z 方向分别以 A 、 B 面为基准，不必考虑刀具 R 圆心位置。不同刀尖 R1 、 R2 时对刀几何尺寸相同。当刀补 R 值为 R1 时，实际以 R1 与编程轨迹相切包络。若刀补 R 值为 R2 时，实际轨迹如图形成过切，如图 2(b) 。

 
　　 图 2 加工轨迹

若刀尖方位设为 0 、 9 时，则机床将刀具视为一圆。这时的假想刀尖在圆心，对刀时应将对刀点算至刀尖圆心。如果刀具的实际圆角为 R1 ，刀补 R 设为 R2 时，刀具轨迹为 R2 与编程轨迹相切包络，由于 R2 与 R1 同心，所以实际加工出的零件是由 R1 形成的包络线，与编程轨迹同心如图 3 。

　　 图 3 轨迹比较

加工图 1 圆球时，半精加工时，刀矢方位设为 0 或 9 ，实际刀尖圆弧为 R0.4mm ，设定刀补 R 值为 1mm ，加工后测量圆球。测量圆度及直径，通过调整左右偏刀补 X 、 Z 值，刀补的 R 值，还可以调整编程程序中的 R 值来完成球的加工。

如圆度 X 、 Z 方向不等，可调整其中一刀 Z 方向的刀补。如果在 45 °方向有误差，可能由机床引起，除注意机床的间隙补偿外，可改变程序来调整。如果尺寸不到，可调整刀补 R 值。

3 使用宏程序

要使刀具轨迹形成一组同心圆，还可用宏程序编程。将圆球 R 设为变量，通过给变量赋不同的值，形成一组同心圆。

#100 ———圆弧 Z 方向起点；
#101 ———圆直径；
R ———球半径。

1) 残余面积的产生

在使用刀具补偿编程时，如稍有疏忽，便会产生残余面积。
如车削图 4 的工件，按下面方法编程，就会产生残余面积。

　　 图 4 有残余面积的工件

N90 G00 G40 XP0 ZP0
N100 G01 G42 XP1 ZP1
N110 G01 XP2 ZP2
N120 G03 XP3 ZP3 Rr
N130 G01 XP4 ZP4

2) 残余面积的消除

以上编程，按刀具运动轨迹，在 P3 点转角处产生了残余面积。如果采用下面方法编程，就可消除残余面积，如图 5 。

　　 图 5 无残余面积的工件

N90 G00 G40 XP0 ZP0
N100 G01 G42 XP1 ZP1
N110 G01 XP2 ZP2
N120 G03 XP3 ZP3 Rr
N130 G01 G40 XP4 ZP4

因刀具补偿 G42 执行至 N120 P3 点，接着撤消刀具补偿， P3 点仍是按与刀尖 , 圆弧相切原则进行车削，因此不产生残余面积。 N130 程序按刀尖轨迹移动。

4 结语